Langemine stiilselt: miks on su kass sisuliselt karvane füüsika petukood

Gravitatsiooni trotsiv müsteerium: tavaline kodukass

Kui oled kunagi olnud tunnistajaks sellele, kuidas su kass köögilettilt hüpates oma kauguse valesti hindab, tead sa seda puhast, lahjendamata paanikatunnet. Hetk tagasi oli ta majesteetlik kiskja, järgmisel hetkel on ta uitav karvatükk, kellel on küsitavad eluvalikud. Ometi maandub ta enamasti sellise ülbe elegantsusega, mis vihjab, et ta plaanis kogu asja algusest peale. See on nähtus, mis on sajandeid teadlasi hämmingus hoidnud ja kohmakaid inimesi ärritanud. Kuidas suudab olend, kellel on pähkli suurune aju, füüsikaseadusi paremini käsitseda kui NASA insener?

Hiljutine uuring on süüvinud sellesse vanadesse mõistatusse uuesti, ja leiud on sama põnevad kui alandavad. Selgub, et kassi akrobaatilise osavuse saladus ei peitu pelgalt õnnes ega üheksas elus. See on bioloogilise insenerkunsti meistriklass, mis keskendub erakordselt paindlikule selgroole ja pisut nutikale matemaatikale, mis paneks ülikooli professori higistama.

Langeva kassi probleem: lühike ajalugu

Uskuge või mitte, langev kass on olnud tõsine teadusliku uurimise teema väga pikka aega. 19. sajandi lõpus olid füüsikud tõeliselt nõutud. Nurgamomendi jäävuse seaduse kohaselt ei saa objekt, mis ei roteeeru, hakata äkitselt ilma millestki eemale tõukamata pöörlema. Kui kukutad kassi tagurpidi, peaks ta teoreetiliselt jääma tagurpidi kuni põrandani jõudmiseni. Ometi, nagu iga kassipidaja teab, suudavad nad õhus ümber pöörata ilma millegi vastu tõukamata.

James Clerk Maxwell, šoti füüsik, kes sisuliselt mõtles välja elektromagnetismi teooria, oli selle teemaga kuulsalt hullunud. Ta veetis hämmastava hulga aega, kukutades kasse aknast välja, et näha, kuidas nad seda teevad. Ärge muretsege, kassid olid terved, kuigi nad tõenäoliselt ei hinnanud seda, et neid kasutati Viktoriaanliku teaduse laboritehnikana. Alles kiirfotograafia tulekuga nägime lõpuks tõde. Kassid ei riku füüsikaseadusi: nad navigeerivad nende järgi lihtsalt suurema elegants kui meie.

Saladus peitub keerdus

Viimane uuring toob esile, et kassi peamine relv on selgroog. Enamikul imetajatel on üsna jäik seljastuktuur, mis on loodud toetuse tagamiseks. Kassid on aga sisuliselt vedelikust valmistatud. Nende selgroolülid on ühendatud uskumatult paindlike liigestega, mis võimaldavad neil keerata oma esipoolt ühes suunas, samal ajal kui tagapool jääb paigale või liigub isegi vastupidises suunas.

Kui kass langeb, ütleb tema sisekõrv kohe, kumb pool on ülespoole. See on vestibulaarne aparaat tööl, toimides nagu kõrgetäpsuseline güroskoop. Kui kass teab, kus põrand on, algab tõeline võlukunst. Ta tõmbab esijalad keha lähedale, et vähendada oma inertsimomenti, võimaldades keha esipoolel kiiresti pöörata. Samal ajal sirutab ta tahajalad välja, et suurendada inertsi, mis takistab tagapoole liigselt vastassuunas pöörlemast. Seejärel pöörab ta protsessi: tõmbab tahajalad sisse ja sirutab esijala välja, et tuua tagapool ringi. See on rütmiline, mehaaniline tants, mis toimub vähem kui sekundiga.

Painutus ja naps (aga füüsika jaoks)

Uuring selgitab, et kass ei lihtsalt keerle. Ta painutab oma keha keskel. Selga kaarutades ja keerdudes loob kass "nullnurgamomendi pöörde". See on sama põhimõte, mis võimaldab sukeldujatel ja võimlejatel õhus kukkuda, kuid kassid teevad seda instinktiivselt juba kassipoegadest saati. Nad sünnivad bioloogilise petukoodiga gravitatsiooni vastu.

Miks see tehnoloogia jaoks oluline on

Võid mõelda, miks me ikka veel langege kasse uurime, kui meil on muremured nagu elukalliduse kriis ja kliimamuutus. Vastus peitub robootikas ja kosmoseavastamises. Insenerid otsivad pidevalt viise, kuidas muuta roboteid liikuvamaks. Kui suudame ehitada roboti, mis jäljendab kassi selgroogu, saame luua masinaid, mis suudavad kukkumisi üle elada või liigelda keerulisel maastikul ilma odava telgi kombel ümber kukkumata.

Kosmoses, kus gravitatsioon ei ütle sulle, kumb pool on ülespoole, on kassi meetod pööramiseks ilma millegi vastu tõukamata uskumatult kasulik. Astronaudid on tegelikult kassiviideoid uurinud, et õppida end null-G tingimustes ümber orienteerima. Selgub, et Musti on parem astronaut kui enamik meist.

Kokkuvõte: evolutsiooni meistriteos

Niisiis, mida oleme õppinud? Esiteks on kassid palju keerukamad, kui nende kalduvus laserkursoreid taga ajada vihjaks. Nende võime jalgadele maanduda on tunnistus miljonite aastate pikkusele evolutsioonilisele täiustamisele. Nad on loodud ellujäämiseks viisil, mis paneb keskmise inimese välja nägema nagu märg jahukott.

Siiski on oluline meeles pidada, et kassid ei ole haavatamatud. Kuigi nad on maandumisel suurepärased, on "kõrghoonete sündroom" tõeline oht. Uuring märgib, et kuigi kassid suudavad üle elada kukkumisi muljetavaldavalt suurtest kõrgustest, on neil siiski vigastusrisk. Nad on head, kuid mitte maagilised. Kui elad korteris, hoia aknad turvaliselt suletuna. Su kass võib olla füüsikageenius, kuid isegi Einstein ei naudinud tõenäoliselt neljandalt korruselt kukkumist.

Kassi füüsika plussid

• Peaaegu täiuslik maandumisrekord mõõdukalt kõrgustest.
• Uskumatu selgroo paindlikkus, mis paneb joogatreenereid häbenema.
• Looduslikud güroskoopilised andurid, mis ei vaja kunagi kalibreerimist.
• Nullnurgamomendi liikumine, mis trotsib põhilist intuitsioon.

Kassi füüsika miinused

• Võib viia ülekindlusesse (see "tahtsingi nii" ilme).
• Ei tööta väga madalate kukkumiste puhul, kus pole aega ümber pöörduda.
• Ei kaitse diivanilt magamise ajal kukkumise alanduse eest.

Viimane sõna

Järgmine kord, kui näed oma kassi sooritamas õhukeha korrektsiooni pärast ebaõnnestunud hüpet, võta hetk, et hinnata puhtalt mehaanilist suurepärasust, mida sa tunnistad. Nad ei ole lihtsalt lemmikloomad: nad on kõrgelt keerukad bioloogilised masinad, kes kohtlevad füüsikaseadusi pelgalt soovitustena. Me võime maksta hüpoteeki, kuid nemad on vallutanud universumi. Tundub olevat õiglane tehing.

Loe originaalartiklit allikast.